Zadaniem elektrowni jest wytwarzanie energii elektrycznej. Najczęściej wytwarza się najpierw ciepło, które ostatecznie zostaje częściowo przemienione w energię elektryczną. W elektrowni konwencjonalnej zasilanej paliwem kopalnym w olbrzymim, prawie stumetrowym kotle spala się węgiel, olej opałowy lub gaz ziemny. Wytworzone w tym procesie ciepło ogrzewa i odparowuje wodę. Para ta o ciśnieniu ok. 17 MPa i temperaturze ok. 53O °C jest doprowadzana do turbiny. Jest to duża maszyna z wałem z osadzonymi na nim łopatkami, na które przepływająca para wywiera nacisk. Jak skrzydła wiatraka pod wpływem wiatru, tak łopatki turbiny obracają się pod wpływem pary wodnej i wprawiają w ruch wielkie dynamo, zwane generatorem. Ten ostatni wytwarza prąd podobnie jak dynamo rowerowe, tyle tylko, że moc jego jest oczywiście znacznie większa - ok. 1000 megawatów, co wystarcza dla zaspokojenia potrzeb dużego miasta. Energia elektryczna z generatora trafia poprzez transformatory i przekaźniki do sieci energetycznej.
Read More
Historia reaktorów energetycznych ma bolesny początek. Energię wytworzoną z rozszczepienia atomu wykorzystano na samym początku przy konstrukcji dwóch bomb atomowych, spuszczonych na Hiroszimę i Nagasaki. Dopiero po paru latach zainteresowano się pokojowym wykorzystaniem energii płynącej z rozszczepienia jąder atomu uranu. Do konstrukcji i badania prototypowych reaktorów jądrowych potrzebny był specjalnie skonstruowany do tego celu ośrodek badawczy. Amerykanie uruchomili w 1949 roku Idaho National Engineering and Environmental Laboratory (INEEL), w pobliżu Idaho Falls. Już dwa lata po budowie tego ośrodka po raz pierwszy na świecie reaktor jądrowy zasilił 4 żarówki - każda o mocy 200 W. Był to przełom w wykorzystaniu energii drzemiącej w uranie, gdyż zasygnalizowano w ten sposób odwrót od militarnego wykorzystania energii rozszczepienia. Na energetycznym horyzoncie pojawiła się możliwość wykorzystania nowego, wydajnego źródła energii do produkcji energii elektrycznej.
Read More
Obecnie eksploatowane reaktory zbiornikowe najczęściej spotykane w energetyce zawodowej to to reaktory wodne ciśnieniowe - Pressurized Water Reactor (PWR), reaktory z wodą wrzącą Boiling Water Reactor (BWR) i zaawansowane reaktory chłodzone gazem Advanced Gas Reactor (AGR). Natomiast do reaktorów kanałowych zaliczyć można kanadyjski reaktor pracujący na uranie naturalnym chłodzony i moderowany ciężką wodą Canadian Deuterium Uranium (CANDU) i wycofywany z eksploatacji reaktor kanałowy dużej mocy Rieaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj (RBMK). W reaktorze zbiornikowym rdzeń zamknięty jest w grubościennym stalowym zbiorniku, przystosowanym do wytrzymania odpowiednio wysokiego ciśnienia sięgającego od 7 do 16 MPa. Tak wysokie ciśnienie wymagane jest po to, aby chłodziwo wodne mogło osiągać wysoką temperaturę, co ma wpływ na sprawność wytwarzania energii elektrycznej. Reaktory tego typu charakteryzują się stosunkowo prostą konstrukcją rdzenia oraz niewielkimi rozmiarami. Wymiana paliwa odbywa się po zakończeniu kampanii paliwowej; niezbędne jest wówczas odstawienie/wyłączenie reaktora. Ta konstrukcja przeważa w świecie energetyki jądrowej. Natomiast reaktor typu kanałowego pozbawiony jest zbiornika, pod ciśnieniem są jedynie kanały o niewielkiej średnicy. Cechą charakterystyczną tych reaktorów jest fakt, iż wymiana paliwa może odbywać się w sposób ciągły, bez przerywania pracy.
Read More
Reaktory wodne ciśnieniowe, z ang. Pressurized Water Reactor - PWR, posiadają trzy obiegi wody. W jednym obiegu krąży woda (pozostająca w stanie ciekłym dzięki wysokiemu ciśnieniu w rdzeniu reaktora), która chłodzi elementy paliwowe. Woda ta, za pomocą wymiennika ciepła, ogrzewa drugi obieg (wtórny). Para tworzona w drugim obiegu porusza turbiny.
Read More
Amerykański ośrodek badawczy INEEL w Idaho Falls od 1949 roku zajmował się badaniem prototypowych jądrowych reaktorów energetycznych. Kiedy w 1953 roku opracowano model reaktora BWR (Boiling Water Reactor – Reaktor Wodny Wrzący) przeprowadzono szereg badań i testów mających na celu sprawdzenie, czy czynnik przechodzący przez rdzeń reaktora nie powoduje niestabilności. Czynnikiem tym jest woda, która przechodząc przez rdzeń reaktora bezpośrednio w nim ulega odparowaniu. Setki wykonanych prób, również z niekontrolowanym wzrostem mocy reaktora, zostały przeprowadzone z pozytywnym skutkiem. Już w 1955 roku reaktor tego typu zasilił w energię elektryczną liczące 1200 mieszkańców miasteczko Arco i rozwój tej technologii nabrał rozpędu.
Read More
Reaktor CANDU (CANada Deuterium Uranium) to zbudowany w Kanadzie reaktor ciężkowodny ciśnieniowy (Pressurized Heavy Water Reactor - PHWR). Jest ot reaktor kanałowy, w którym jako moderator i chłodziwo stosowana jest ciężka woda (D2O). W odróżnieniu od reaktorów lekkowodnych, reaktory CANDU posiadają odrębne systemy moderujące i chłodzące. Moderator w postaci D2O praktycznie nie jest pod ciśnieniem i jest stosowany przy stosunkowo niskich temperaturach (około 70 oC), co przyczynia się do lepszej moderacji. Przez zbiornik moderatora przebiegają horyzontalnie ułożone kanały ciśnieniowe, w których znajdują się wiązki paliwowe. W każdym kanale jest ułożonych po kilkanaście/kilkadziesiąt wiązek paliwowych, jedna za drugą. Przez kanały przepływa pod ciśnieniem ciężka woda, spełniająca rolę chłodziwa pierwotnego. Woda ta opływając elementy paliwowe nagrzewa się, a następnie oddaje ciepło w wytwornicy pary obiegowi wtórnemu wypełnionemu normalną (lekką) wodą. Wiązki paliwowe są wymieniane podczas pracy reaktora. Nie ma konieczności wyłączania reaktora w celu wymiany paliwa, jak to ma miejsce w reaktorach lekkowodnych.
Read More
W reaktorze lekkowodnym moderowanym grafitem (Light Water Graphite Moderated Reactor - LWGR) moderatorem jest grafit, a czynnikiem chłodzącym jest woda, która wrze w rurkach ciśnieniowych wokół paliwa. Przykładem tego typu reaktora jest RBMK. Jest to skrót od rosyjskiego określenia Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj. RBMK jest nazwą niejednorodnego, chłodzonego wodą ciśnieniowego reaktora kanałowego z moderatorem grafitowym.
Read More
Reaktor chłodzony gazem (Gas Cooled Reactor - GCR), moderowany grafitem i jego bardziej nowoczesna odmiana AGR - Advanced Gas Cooled Reaktor (Udoskonalony Reaktor Chłodzony Gazem) zostały skonstruowane w Wielkiej Brytanii. Elementy paliwowe z naturalnego uranu metalicznego w reaktorach GCR albo bardzo nisko wzbogaconego dwutlenku uranu w reaktorach AGR znajdują się w cylindrycznych kanałach w reaktorze zbudowanym z pojedynczych bloków grafitowych. Przez kanały przepływa chłodziwo gazowe (CO2) i odbiera ciepło od elementów paliwowych, a następnie oddaje je w wymiennikach ciepła do obiegu wodno-parowego. Wymiana elementów paliwowych jest możliwa w trakcie pracy reaktora.
Read More
W reaktorze wysokotemperaturowym bywa naprawdę gorąco: podczas, gdy w reaktorach lekkowodnych panują temperatury około 350 oC, temperatura w reaktorze wysokotemperaturowym może osiągnąć wartość dwukrotnie wyższą! Reaktory wysokotemperaturowe, jako reaktory z moderatorem grafitowym chłodzone gazem, wywodzą się z pierwszych reaktorów MAGNOX, chłodzonych dwutlenkiem węgla lub powietrzem, w których paliwem był nie wzbogacony uran w postaci metalicznej. Historia reaktorów wysokotemperaturowych chłodzonych helem, z elementami paliwowymi w postaci kul grafitowych zawierających wtopione, malutkie (~1 mm), powlekane warstwami materiału ceramicznego, cząstki paliwowe sięga roku 1950, kiedy dr Rudolf Schulten rozpoczął prace nad koncepcją reaktora – PBR (Pebble Bed Reactor). Pierwsze reaktory HTR chłodzone helem to brytyjski Dragon (1964 – 1975), amerykańskie reaktory Peach Bottom (1967 –1974, 40 MWe) i Fort St. Vrain (1976 – 1989, 330 MWe), niemieckie AVR (1967 – 1988, 15 MWe) i THTR (1983 – 1989, 300 MWe).
Read More
Reaktor, który istnieje po to, by wytwarzać (powielać) nowe paliwo jądrowe, to reaktor prędki powielający. W reaktorach tego typu reakcje rozszczepienia jąder atomowych są spowodowane przede wszystkim przez neutrony prędkie, dlatego nie jest już możliwe zastosowanie wody jako chłodziwa, gdyż ta hamowałaby neutrony. Można w nich stosować tylko takie chłodziwa, które powodują nieznaczne spowolnienie neutronów, zwykle jest to ciekły sód, ale także gazy o dobrych właściwościach wymiany ciepła.
Read More
